中国工程院食品安全院士团队

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在食品工业中，芽孢杆菌因其耐热性和耐化学性而成为食品安全的重大挑战。传统的抑菌手段往往存在化学残留和环境污染等问题。近年来，天然抑菌剂因其环境友好和安全性而备受关注。本文将介绍一种新型天然抑菌剂——聚乳酸（PLA），其在抑制枯草杆菌芽孢方面的潜力。

1. PLA的抑菌活性

PLA是由可再生资源如玉米淀粉发酵而成的生物塑料，具有可生物降解和低毒性的特点。近期的研究表明，PLA对枯草杆菌芽孢展现出强劲的抑菌活性。为了评估PLA的抑菌效果，研究人员通过实验室实验测定了PLA的最小抑菌浓度（MIC）。结果显示，PLA在较低浓度下即可抑制枯草杆菌芽孢的生长，显示出其强大的抑菌能力。此外，构建的时间杀菌曲线也表明，PLA能够迅速减少芽孢数量，这为其在食品工业中的应用提供了强有力的支持。

图 1. PLA 对枯草芽孢杆菌芽孢的抑制曲线。A：在 NB 培养基中与 PLA 共培养的芽孢；B：在 NaCl 溶液中与 PLA 共培养的芽孢^[1]

2.深入机制研究

深入了解PLA的抑菌机制，研究人员进行了多方面的实验。首先，PLA被发现能够干扰芽孢的起始萌发，阻止芽孢从休眠状态转变为活跃状态。其次，PLA对芽孢皮层和芽孢壳的结构具有破坏作用，导致芽孢的物理屏障受损，从而更容易受到其他抑菌因素的攻击。此外，PLA还能够影响内膜的渗透性和完整性，抑制膜电位的建立，以及干扰氧化代谢过程。这些机制共同作用，导致芽孢的生长受到抑制。

图 2. 扫描电子显微镜（A）和光学电子显微镜（B）观察 PLA 对芽孢发芽和生长的影响。a：未处理芽孢；b：PLA（1/2MIC）；c：PLA（MIC）；d：PLA（2MIC）^[1]

3.微观结构与生物大分子损伤

直观地观察PLA对芽孢的影响，研究人员使用光学显微镜和扫描电子显微镜对处理后的芽孢进行了观察。显微镜图像显示，PLA处理后的芽孢表面出现了局部收缩和结构损伤，这与PLA破坏芽孢皮层和芽孢壳的作用机制相一致。此外，研究人员还通过凝胶电泳分析发现，PLA能够导致DNA的部分降解，进而抑制蛋白质合成，包括关键酶和受体的合成。这些生物大分子的损伤进一步抑制了芽孢的生命活动。

图 3. PLA 对枯草芽孢杆菌芽孢生物大分子的影响。A：DNA；B：蛋白质^[1]

3.实际应用

测试PLA在实际情况下的应用效果，研究人员在牛奶饮料中进行了实验。牛奶是一种容易受到芽孢杆菌污染的食品，因此，能够在牛奶中抑制芽孢生长的抑菌剂具有重要的实际应用价值。实验结果显示，PLA能够有效灭活牛奶中的枯草杆菌芽孢，这为PLA在食品保鲜领域的应用提供了案例。此外，PLA在牛奶中的抑菌效果也表明，其可能对其他食品体系中的芽孢杆菌同样有效。

图 4. PLA 对牛奶饮料质量的影响。A：存活孢子；B：相对粘度;^[1]

总结

PLA作为一种新型天然抑菌剂，其在抑制枯草杆菌芽孢方面的研究取得了显著成果。PLA不仅为食品保鲜提供了新的解决方案，也为未来的研究方向指明了道路。未来的研究可以进一步探索PLA在不同食品体系中的抑菌效果，以及优化PLA的制备和应用工艺。此外，还可以研究PLA与其他抑菌剂的协同作用，以期在食品工业中实现更广泛的应用，并推动食品安全和环境保护的协调发展。随着PLA研究的深入和应用的推广，其在食品保鲜领域的潜力将得到进一步挖掘，为人类提供更安全、健康的保障

参考文献：[1]Zhang D, Tong D, Wang Z, et al. Inactivation mechanism of phenyllactic acid against Bacillus cereus spores and its application in milk beverage[J]. Food Chemistry, 2024, 453: 139601.

来源：微生物安全与健康网，作者~陈富源。